Bio-mimicked Leaf-Imprinted Topographies: Pattern Characterization and Cell Response

Imagina que estás intentando construir una pequeña ciudad viviente dentro de un tubo de ensayo. En esta ciudad, los edificios son células y, al igual que las personas en una ciudad real, necesitan alinearse en filas ordenadas para hacer sus trabajos adecuadamente. Piensa en los músculos esqueléticos o las células nerviosas como un equipo de remeros; si todos miran en direcciones diferentes, el bote no llega a ninguna parte. Durante mucho tiempo, los científicos han intentado construir estas "ciudades" tallando diminutos caminos y patrones en superficies de plástico utilizando máquinas costosas y de alta tecnología. Pero estas máquinas son como intentar pintar una obra maestra con una excavadora: son costosas y a menudo pasan por alto los detalles desordenados e intrincados que se encuentran en la naturaleza. Este artículo se adentra en un rincón de la ciencia llamado ingeniería de tejidos, donde el objetivo es cultivar tejidos sanos en un laboratorio. La gran pregunta aquí es: ¿cómo creamos una superficie que engañe a las células para que se alineen perfectamente, tal como lo hacen dentro de nuestros cuerpos, sin gastar una fortuna ni perder la complejidad natural?

Los investigadores detrás de este estudio decidieron dejar de luchar contra la naturaleza y empezar a tomar prestado de ella. En lugar de usar máquinas complejas para tallar patrones, agarraron una hoja. ¡Sí, una hoja real! Se dieron cuenta de que las hojas están cubas de diminutas ranuras y crestas naturales, algo así como una huella dactilar hecha por una planta. Utilizaron estas hojas como "sellos" para presionar sus patrones en un material suave y elástico llamado PDMS (piensa en ello como una goma transparente de alta tecnología). Una vez que la goma se endureció, despegaron la hoja, dejando atrás una réplica perfecta y rugosa de la superficie de la hoja. Luego, fueron anfitriones de un tipo específico de célula muscular llamada C2C12 (una versión de laboratorio de constructores de músculo) y observaron cómo reaccionaban estas células a las diferentes texturas de las hojas.

El equipo trató las hojas como un menú de diferentes pistas de baile. Probaron los lados delantero y posterior de hojas de una planta de Banano (Musaceae) y de una planta de Dracaena (Dracaena Sanderiana). Cuando las células musculares bailaron sobre las copias de goma del envés de la hoja de Banano, se estiraron en formas largas y delgadas con una Relación de Aspecto de 8.3. En el lado frontal de la misma hoja, también se estiraron bien, alcanzando una Relación de Aspecto de 6.3. Estas fueron las células más largas y estiradas que el equipo vio. Sin embargo, cuando se trataba de alinearse en una fila recta y ordenada, las células en la copia de goma del envés de la hoja de Dracaena fueron las más obedientes, mostrando el mayor grado de alineación.

Pero los científicos no se detuvieron solo en dos plantas. Se dieron cuenta de que, con tantas hojas diferentes allá afuera, es difícil saber cuál crea la mejor "pista de baile" para las células. Para resolver esto, crearon un catálogo de 15 superficies de hojas diferentes. No solo las miraron; utilizaron una herramienta informática especial llamada análisis 2D FFT para medir la "longitud de onda" de las ranuras, básicamente determinando el ritmo y el espaciado de los bultos de la hoja. También comprobaron cómo se comportaba el agua en estas superficies, midiendo el "ángulo de contacto del agua" para ver si las hojas eran amigables con el agua o repelentes al agua.

El artículo sugiere que el secreto para lograr que las células se alineen no es solo una cosa; es una mezcla de los bultos físicos en la superficie y cómo la superficie interactúa con el agua. Si bien los patrones de la hoja de Banano hicieron que las células se estiraran más, y los patrones de la Dracaena hicieron que las células se alinearan más rectas, los autores señalan que encontrar el diseño perfecto es complicado porque existen tantas variaciones naturales. No han declarado un único "ganador" para todas las situaciones, pero sí han proporcionado un mapa mucho más claro de cómo las diferentes texturas de las hojas influyen en el comportamiento celular. Sus hallazgos apuntan a que, si queremos construir mejores tejidos artificiales en el futuro, debemos prestar mucha atención tanto a la forma de la superficie como a qué tan húmeda o seca se siente, utilizando los propios planos de la naturaleza como nuestra guía.